003 双极晶体管（1a1）.pptVIP

第三章 双极晶体管（1） 半导体三极管的型号 反向直流参数和基极电阻 特性曲线和E-M模型 两者之间数值上的关系可以由经验公式得到 由经验公式 n为常数，当集电结低掺杂N型：硅管4锗管3 当集电结低掺杂P型：硅管2锗管6 下页讨论其安全工作区 (1) 集电极最大允许电流ICM (2) 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 其安全工作区由器件的 极限参数 决定 BJT的安全工作区 (3) 击穿电压 5.3 基极电阻 下面以梳状管、圆形管为例，具体的分析基极电阻与哪些因素有关，并介绍其计算方法。 所以在设计和制造中，应尽可能的减小其基极电阻。 BJT的基极电阻是表征其性能好坏的一个重要参数。其主要由基区体电阻和接触电阻组成，其大小主要决定于管子的结构尺寸及基区电阻率。 基极电阻对BJT的功率特性、频率特性、噪声系数等都有着重要的影响 讨论均匀基区晶体管增益的方法如下： 发射效率 基区输运系数 直流电流增益 先利用前面得到的电流分量的表达式先分析发射效率和基区输运系数和器件结构的关系，再讨论电流增益。如下页所示 ① ② 近似 发射效率 基区输运系数 直流电流增益 讨论均匀缓变基区晶体管增益的方法如下： 发射效率 基区输运系数 直流电流增益 先利用前面得到的电流分量的表达式先分析发射效率和基区输运系数和器件结构的关系，再讨论电流增益。如下页所示 发射效率 基区输运系数 直流电流增益 基区电子的复合率 基区复合电流 认为此时基区电子指数分布 可得基区复合电流 缓变基区的情况 基区电子的复合率 基区复合电流 认为此时基区电子线性分布 可得基区复合电流 均匀基区的情况 ② 减小基区宽度 3）提高增益的方法 ① 提高发射区与基区掺杂浓度比。 发射区掺杂浓度一般比基区高两个数量级。 在实际工艺中，我们可以通过提高发射区掺杂水平或降低基区掺杂水平来实现，但是发射区掺杂不能超过杂质在半导体材料中的固溶度，同时，基区掺杂过低也会使器件的基区电阻变大，导致其功率增益下降，噪声系数上升，大电流特性变坏。 主要受工艺水平和基区穿通电压的限制。 ③ 提高基区电场因子 ④ 提高基区载流子寿命和迁移率 即增大基区的杂质浓度梯度，增大基区两侧的杂质浓度之比。 主要目的是增大基区的加速场，使基区输运系数变大。 2）发射区重掺杂的影响： 2.4.2 影响直流增益的一些因素 . 实际晶体管－－影响直流增益的一些因素 1）发射结势垒区复合的影响 3）表面复合的影响(见下页图2-19) 4）基区宽变效应 带隙变窄效应 俄 歇 效 应 定量分析不作要求 IE IB IC InE IpE IVB ICBO InC IrE 考虑IrE之前 考虑IrE之后 考虑发射结势垒区复合的时候，示意图如下 1）发射结势垒区复合的影响 不考虑发射结势垒区复合的时候 图2-16很好的说明了IrE对管子增益的影响，如下 电流增益随 工作电流的 变 化 关系 2.随着工作电流增大， 的影响逐渐减小，使发射效率增加，电流增益变大； 1.工作电流较小时， 变得与 可比拟，故 减小导致 明显下降； 3.高电流时由于大注入效应的发生，电流增益下降。 2）发射区重掺杂的影响： 带隙变窄效应 思考1：重掺杂时带隙为什么变窄？ 发射区重掺杂以提高发射效率 思考2：带隙变化和晶体管增益的关系？ 由固体电子学的知识分析非简并半导体和简并半导体中状态密度和能量的关系图即可。 轻掺杂时 主要原因：带隙变窄引起ni发生改变 重掺杂时 定性分析如下： 对重掺杂Si 思考2：带隙变化和晶体管增益的关系？ 由公式可得 俄歇复合的寿命为 俄 歇 效 应 2）发射区重掺杂的影响： 什么是俄歇复合？ G俄歇复合系数 掺杂很高时 考虑了俄歇复合时，发射区空穴寿命表达式为： 前面说了，载流子在管内传输时要发生复合，这个体内复合主要是间接复合(SHR复合) ，此时发射区空穴寿命表达式为： 俄歇复合与增益的关系可用以下关系图描述： 3）表面复合的影响 3）表面复合的影响(见下页图2-19) 具体分析如下页 显然，考虑了基区表面复合时，基区输运系数会下降。 没有考虑表面复合时基区输运系数如下： 考虑表面复合时基区输运系数如下： 为了减小表面复合的影响，应注意表面清洁， 减少表面复合中心 基区表面复合电流密度 传输系数 基区表面复合电流 ｛ 4）基区宽变效应 形成过程 基区宽度变化会引起